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Formule de quadrature de Gauss

Cette formule suppose que l'on peut choisir le support, i.e. les tex2html_wrap_inline2071 . Il faut donc fixer un ensemble de contraintes.

Gauss propose que l'on choisisse le support de telle manière que la formule soit exacte pour tout polynôme de degré inférieur ou égal à 2n+1 (en effet, on dispose de 2n+2 degrés de liberté constitués par les n+1 points du support tex2html_wrap_inline2071 et les n+1 coefficients tex2html_wrap_inline2197 ). Ceci revient donc à résoudre

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Ce système d'équations est un système non linéaire en les inconnues tex2html_wrap_inline2071 et tex2html_wrap_inline2197 . Cependant, sa forme particulière a pu permettre sa résolution (la solution obtenue est unique).

L'erreur d'intégration est obtenue en calculant l'erreur commise sur le premier polynôme non pris en compte dans les contraintes, i.e. le polynôme de degré 2n+2. On obtient ensuite l'erreur grâce au théorème sur les noyaux de Peano.

Définition : On appelle Noyau de Péano la fonction tex2html_wrap_inline2601 où le symbole + en indice signifie que l'on ne garde que les valeurs positives et tex2html_wrap_inline2605 est l'erreur de la formule de quadrature pour la fonction f.

Théorème : Si le noyau de Péano ne change pas de signe dans [a,b] alors tex2html_wrap_inline2611 tel que

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En pratique, on recherche le plus grand degré n validant ce théorème. Dans le cas de la quadrature de Gauss, ce théorème nous permet d'écrire tex2html_wrap2639

Ce principe s'applique également à d'autres bases de polynômes. On pourrait ainsi choisir comme base les polynômes de Chebycheff.

Formule du point milieu

C'est la forme la plus simple de la formule de quadrature de Gauss. Le support est constitué d'un seul point tex2html_wrap_inline1805 et donc la formule n'a qu'un seul coefficient tex2html_wrap_inline2619 . La formule doit être exacte pour tex2html_wrap_inline2621 et tex2html_wrap_inline2623 . Par résolution simple, on trouve

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L'erreur d'intégration est obtenue en calculant l'erreur commise sur le premier polynôme non pris en compte dans les contraintes, i.e. le polynôme de degré 2.

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L'erreur est deux fois moins grande qu'avec les trapèzes. Ceci est normal car on a plus de degrés de liberté. Si on décompose l'intervalle [a,b] en n intervalles égaux de largeur tex2html_wrap_inline2517 et que l'on applique la formule du point milieu sur chaque intervalle, on obtient tex2html_wrap2641

Ce type de formule sera d'autant plus précis que la valeur de h sera petite. Cependant, en contre partie, le coût est également directement lié à la valeur de n.


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Jean-Michel JOLION
Fri Sep 10 13:28:20 METDST 1999